CN112845715A - 一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，包括底盘、机架、上辊和下辊，两个所述机架分别固定在所述底盘两侧，所述机架上部分别安装有升降油缸，所述升降油缸下端固定有上辊座，两根所述上辊平行安装在上辊座内，所述机架下部分别安装有两组平移油缸，所述平移油缸端部固定有下辊座，两根所述下辊水平安装在所述下辊座内，两根所述上辊和两根下辊均关于所述升降油缸的中心轴形成的平面成平面对称，所述下辊的一端同轴连接有驱动装置，所述驱动装置固定在所述下辊座的外侧，用于驱动下辊做同步旋转运动。本发明通过对称设置的上辊和下辊分别做升降运动和水平调节来实现数字控制一个道次滚弯等曲率成形，以及直筒和锥筒的快速切换卷制。

Description

一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备

技术领域

本发明涉及卷板滚弯设备领域，具体为一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备。

背景技术

传统的卷板滚弯设备，通常情况下很难实现一个道次成圆(弧)。二辊卷板机虽然能实现一次成形，但不同直径的圆筒体需要更换不同规格的模具(钢性辊)。三辊卷板机通常情况下都是通过多道次滚弯来实现的，一次成型难度较大。四辊卷板机虽然也可以实现一次成形，但需要左右两侧的侧辊进行位置调节来不断的纠正偏差,从而找到最佳位置，而且预弯和卷圆二个动作成形的曲率不能保证绝对的一致，亦需要进一步的圆度矫正。

此外，中国专利ZL201410553825.6虽然公开了一种对称式四辊卷圆工艺方法及装置，将板料的始端送到指定位置，两上辊下压进行四点弯曲，待达到指定行程时，两下辊先顺时针转动对板料边部滚弯，使边部直线段最小，再次下压使直线段减到最小，然后两下辊再逆时针转动带动板料卷制，卷制完成卸载后最终形成开口的圆管坯，但是该四辊卷板装置不能实现对锥形筒体的卷制，也无法实现卷制不同形状的筒体之间的快速切换。

针对上述缺陷，急需一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，实现了数字控制一个道次滚弯等曲率成形且可实现直筒和锥筒的快速切换卷制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，通过对称设置的上辊和下辊分别做升降运动和水平调节来实现数字控制一个道次滚弯等曲率成形，以及实现直筒和锥筒的快速切换卷制，从而解决背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，包括底盘、机架、上辊和下辊，两个所述机架分别固定在所述底盘两侧，所述机架上部分别安装有升降油缸，所述升降油缸下端固定有上辊座，两根所述上辊平行安装在上辊座内，所述机架下部分别安装有两组平移油缸，所述平移油缸端部固定有下辊座，两根所述下辊水平安装在所述下辊座内，两根所述上辊和两根下辊均关于所述升降油缸的中心轴形成的平面成平面对称，所述下辊的一端同轴连接有驱动装置，所述驱动装置固定在所述下辊座的外侧，用于驱动下辊做同步旋转运动。

进一步的，所述上辊通过调心轴承与所述上辊座可转动连接。

进一步的，所述底盘上开设有平移槽，所述平移槽内设有滑移块，所述滑移块与所述平移槽滑动连接，所述下辊座可转动地安装于所述滑移块的上方，在远离驱动装置一端的所述滑移块上设有限位滑槽，所述下辊座底部与所述限位滑槽滑动连接。

进一步的，所述下辊之间位于两个机架内分别设有中央油缸，所述中央油缸的两端分别于与两侧的所述下辊座连接，所述两组平移油缸之间并联，所述中央油缸与所述两组平移油缸分别串联。

进一步的，所述升降油缸、平移油缸和中央油缸均与液压系统相连接，所述液压系统与电气数字控制系统相连接。

进一步的，所述上辊座上分别安装有垂直位移传感器，所述下辊座上分别安装有水平位移传感器，所述垂直位移传感器和水平位移传感器均与所述电气数字控制系统相连接。

进一步的，所述中央油缸由两个反向设置的推进油缸组成，所述推进油缸的油路分别与所述平移油缸的油路连通。

本发明还提供了一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备的使用方法，当需要卷制弧板或圆筒体时，操作步骤如下：

S1、将金属板材置于两根上辊与两根下辊之间；

S2、启动电气数字控制系统，控制系统计算并发出动作指令，使升降油缸同步下降带动上辊水平下压金属板材至预先设定的位置；

S3、驱动装置驱动下辊同步反向转动进行卷制，使得金属板材前端直板段滚弯至最小；

S4、电气控制系统运行程序根据预先设定的滚弯的金属板材的板厚、宽度、成形曲率、屈服强度指标，基于弹塑性形变理论自动计算获得上辊和下辊的位移量，并驱动升降油缸再次下压到计算获得的指定位置，驱动平移油缸调整两根下辊的中心距到指定位置；

S5、驱动装置驱动下辊同步正向转动进行卷制，使得钢板边进给边成形，获得等曲率的弧板或圆筒体。

进一步的，当需要卷制锥形筒体时，操作步骤如下：

T1、将金属板材置于两根上辊与两根下辊之间；

T2、启动电气数字控制系统，控制系统计算并发出动作指令，驱动两个机架上的平移油缸，使得不同机架内两个下辊座的间距不相等，并分别驱动两个升降油缸下降，且位于两个下辊座间距较大的一侧的升降油缸下降幅度大于另一侧的升降油缸，带动上辊倾斜下压金属板材至预先设定的位置；

T3、驱动装置驱动下辊同步反向转动进行卷制，使得金属板材前端直板段滚弯至最小；

T4、电气控制系统运行程序根据预先设定的滚弯的金属板材的板厚、宽度、成形曲率、屈服强度指标，基于弹塑性形变理论自动计算获得上辊和下辊的位移量，并驱动升降油缸再次下压到计算获得的指定位置，驱动平移油缸调整两侧两个下辊座的间距到指定位置；

T5、驱动装置驱动下辊同步正向转动进行卷制，使得钢板边进给边成形，获得锥形筒体。

进一步的，在所述步骤S5或所述步骤T5过程中，通过位移传感器监测到位移量实时计算金属板材的成形曲率，与预先设定的成型曲率进行对比，并实时控制升降油缸和平移油缸进退进行曲率修正。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，通过对称设置的上辊和下辊分别做升降运动和水平调节来实现数字控制一个道次滚弯等曲率成形，以及实现直筒和锥筒的快速切换卷制，无需更换设备各部件即可实现不同形状的筒体板材卷制，且可以实现稳定成型和自动调节修正。

(2)本发明的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，由一对直径大小相等且相互平行的上辊和一组直径大小相同且中心距可调的二根下辊组成，一对上辊端部同时安装在同一组上辊座内，由上辊升降油缸控制上辊座做升降运动，以保证两支上辊升降同步稳定运行，上辊座两个端部分别安装了位移传感器，以实现两端的自动调平。

(3)本发明的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，两下辊的四个端部分别安装在下辊座上，每一个下辊座分别于中央油缸和位移油缸相连接，以实现两根下辊的中心距离可调，各个端部的位移调整，可单独调整，也可同时调整，实现直筒体和锥形筒体的不同形状的板材卷制。

(4)本发明的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，四个下辊两两之间的间距的调节，是通过将两组并联的平移油缸分别与中央油缸串联起来实现稳定同步的平移驱动的，在共用一个液压站的情况下，最大限度保证了下辊间距调整的线性化和位移控制精度，也极大降低了多组油缸的独立设置复杂性和操控繁琐性以及使用成本。

附图说明

图1为本发明的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备立体结构示意图；

图2为本发明的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备正视图；

图3为图2中的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备的B-B剖视图；

图4为图3中的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备的C-C剖视图；

图5为本发明的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备的中央油缸的油路串并联原理图；

图6为本发明的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备的圆筒体的卷制原理图。

图中：10、底盘，11、平移槽，12、滑移块，13、限位滑槽，20、机架，30、上辊，31、升降油缸，32、上辊座，40、下辊，41、平移油缸，42、下辊座，50、驱动装置，60、中央油缸。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整的描述，显然，所描述的实施例紧紧是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-3所示，一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，包括底盘10、机架20、上辊30和下辊座42，两个所述机架20分别固定在所述底盘10两侧，所述机架20上部分别安装有升降油缸31，所述升降油缸31下端固定有上辊座32，两根所述上辊30平行安装在上辊座32内，所述机架20下部分别安装有两组平移油缸41，所述平移油缸41端部固定有下辊座42座，两根所述下辊座42水平安装在所述下辊座42座内，两根所述上辊30和两根下辊座42均关于所述升降油缸31的中心轴形成的平面成平面对称，所述下辊座42的一端同轴连接有驱动装置50，所述驱动装置50固定在所述下辊座42座的外侧，用于驱动下辊座42做同步旋转运动。

通过对称形式设置的四辊滚弯成形装备，能够大大提高金属板材压型和卷制的稳定性，同时依据弹塑性形变理论，当下辊座42中心距和上辊30距离下辊座42垂直间距保持恒定时，滚弯成形的板材则会稳定输出为等曲率的筒体，一次成形，无需多次调节辊件辅助滚弯。

如图5，本实施例中，所述下辊座42之间位于两个机架20内分别设有中央油缸60，所述中央油缸60的两端分别于与两侧的所述下辊座42座连接，所述两组平移油缸41之间并联，所述中央油缸60与所述两组平移油缸41分别串联。所述升降油缸31、平移油缸41和中央油缸60均与液压系统相连接，所述液压系统与电气数字控制系统相连接。所述中央油缸60由两个反向设置的推进油缸组成，所述推进油缸的油路分别与所述平移油缸41的油路连通。

四个下辊座42两两之间的间距的调节，是通过将两组并联的平移油缸41分别与中央油缸60串联起来实现稳定同步的平移驱动的，在共用一个液压站的情况下，最大限度保证了下辊座42间距调整的线性化和位移控制精度，也极大降低了多组油缸的独立设置复杂性和操控繁琐性以及使用成本。

如图3,本实施例中，底盘10上开设有平移槽11，所述平移槽11内设有滑移块12，所述滑移块12与所述平移槽11滑动连接，所述下辊座42座可转动地安装于所述滑移块12的上方。

本实施例中，所述上辊座32上分别安装有垂直位移传感器，所述下辊座42座上分别安装有水平位移传感器，所述垂直位移传感器和水平位移传感器均与所述电气数字控制系统相连接。两上辊30辊升降与两下辊座42之间的各个端部的位移调节，均由安装上辊座32和下辊座42座的位移传感器获得，由电气数字控制系统指令液压系统实现。同时，位移传感器实时监测的位置信息为电气数字控制系统的运行程序提供曲率计算的数据支持。

本实施例的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备的使用方法，当需要卷制弧板或圆筒体时，操作步骤如下：

S1、将金属板材置于两根上辊30与两根下辊座42之间；

S2、启动电气数字控制系统，控制系统计算并发出动作指令，使升降油缸31同步下降带动上辊30水平下压金属板材至预先设定的位置；

S3、驱动装置50驱动下辊座42同步反向转动进行卷制，使得金属板材前端直板段滚弯至最小；

S4、电气控制系统运行程序根据预先设定的滚弯的金属板材的板厚、宽度、成形曲率、屈服强度指标，基于弹塑性形变理论自动计算获得上辊30和下辊座42的位移量，并驱动升降油缸31再次下压到计算获得的指定位置，驱动平移油缸41调整两根下辊座42的中心距到指定位置；

S5、驱动装置50驱动下辊座42同步正向转动进行卷制，使得钢板边进给边成形，获得等曲率的弧板或圆筒体。

在所述步骤S5过程中，通过位移传感器监测到位移量实时计算金属板材的成形曲率，与预先设定的成型曲率进行对比，并实时控制升降油缸31和平移油缸41进退进行曲率修正。

实施例2

除了上述实施例的技术方案外，本实施例还公开了用于卷制锥形筒体的进一步的技术方案：

如图1-4，上辊30通过调心轴承(图中未示出)与上辊座32可转动连接，如此可实现上辊30在升降油缸31分开独立驱动的情况下，会带动上辊30倾斜升降，此时上辊30和上辊座32之间不能固定连接，需要通过调心轴承来实现上辊30角度变化带来的位置转动，同时又能保证自身在板材卷制过程中的绕轴旋转。

如图3-4，本实施例中，底盘10上开设有平移槽11，所述平移槽11内设有滑移块12，所述滑移块12与所述平移槽11滑动连接，所述下辊座42座可转动地安装于所述滑移块12的上方，在远离驱动装置50一端的所述滑移块12上设有限位滑槽13，所述下辊座42座底部与所述限位滑槽13滑动连接。

通过下辊座42座与滑移块12的转动连接，可实现下辊座42座平移过程中保证下辊座42和驱动装置50始终共轴线连接，不影响下辊座42座的移动对下辊座42间距的调整以满足下辊座42之间不平行设置，成“八字形”布置从而满足辊压锥形筒体的要求，又能维持下辊座42作为驱动辊自身运转。另一方面，随着驱动装置50一端的下辊座42座移动，在下辊座42长度不变的情况下势必带来另一端的下辊座42座的位移，故在远离驱动装置50一端的滑移块12上设置限位滑槽13，下辊座42座会随着下辊座42的位置移动自行转动并滑移，从而保证下辊座42间距调节的稳定性和可行性，并且下辊座42确保滑动过程中不会脱离机架20。

本实施例的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备的使用方法，在需要卷制锥形筒体时，操作步骤如下：

T1、将金属板材置于两根上辊30与两根下辊座42之间；

T2、启动电气数字控制系统，控制系统计算并发出动作指令，驱动两个机架20上的平移油缸41，使得不同机架20内两个下辊座42座的间距不相等，并分别驱动两个升降油缸31下降，且位于两个下辊座42座间距较大的一侧的升降油缸31下降幅度大于另一侧的升降油缸31，带动上辊30倾斜下压金属板材至预先设定的位置；

T3、驱动装置50驱动下辊座42同步反向转动进行卷制，使得金属板材前端直板段滚弯至最小；

T4、电气控制系统运行程序根据预先设定的滚弯的金属板材的板厚、宽度、成形曲率、屈服强度指标，基于弹塑性形变理论自动计算获得上辊30和下辊座42的位移量，并驱动升降油缸31再次下压到计算获得的指定位置，驱动平移油缸41调整两侧两个下辊座42座的间距到指定位置；

T5、驱动装置50驱动下辊座42同步正向转动进行卷制，使得钢板边进给边成形，获得锥形筒体。

在所述步骤T5过程中，通过位移传感器监测到位移量实时计算金属板材的成形曲率，与预先设定的成型曲率进行对比，并实时控制升降油缸31和平移油缸41进退进行曲率修正。

本发明的工作原理如下：

如图6，在其他条件不变的情况下，根据不在同一直线上的三点连线成圆的原理，以及四点对称成圆稳定成形的原理，可知上辊30下降的位移量H、两下辊座42的中心距离L与成形曲率R之间存在一定函数关系，同时上辊30下降的位移量H增大，成形曲率R也增大；两下辊座42的中心距离L增大大成形曲率R则变小。上辊30下降的位移量H、两下辊座42的中心距离L，由电气数字控制系统程序根据金属材料的板厚、板宽、屈服强度和所需的筒体直径，以及设备上辊30、下辊座42直径和两下辊座42的中心距离等参数计算，自动生成控制程序，从而实现所需的曲率半经R。

当两上辊30下压加载金属板材，金属板材对两下辊座42产生作用力，板材产生四个切点，即A、B、C、D。在其他条件不变的情况之下，依据弹塑性形变理论，弧ABCD必然是一个等曲率，金属板材的圆周方向都经过弧ABCD区间加载，经过弧ABCD区间加压滚弯后的筒体或弧形板亦为等曲率筒体或弧形板。数字控制系统启动两下辊座42做主驱动，带动金属板材一边给进、一边成形。所有金属板材在圆周方向均经历过屈服，从而产生弹塑性形变。经过弧ABCD区间的加载作用，获得等曲率的弧板或圆筒体。

而卷制锥形筒体时，下辊座42之间必然不能平行设置，需要通过平移气缸分别调整下辊座42不同端的下辊座42座相邻的间距，保证间距一大一小，同时需要通过升降油缸31分别驱动下辊座42倾斜设置进行下压，使得向下倾斜的一端对应朝向下辊座42座间距较大的一端，当金属板材与四个辊表面挤压贴合后，即可开启驱动装置50驱动下辊座42同步旋转进行锥形筒体的卷制。

本发明中采用的驱动装置50可以是电机直接驱动或通过链条或皮带或其他联轴器、减速器等部件进行传动驱动，本发明中的调心轴承为常见的传动连接件，本发明中的液压系统和电气数字控制系统均为本领域常用的设备控制系统，上述均为本领域常用的且可操作实施的技术手段。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，如涉及“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，包括底盘、机架、上辊和下辊，其特征在于，两个所述机架分别固定在所述底盘两侧，所述机架上部分别安装有升降油缸，所述升降油缸下端固定有上辊座，两根所述上辊平行安装在上辊座内，所述机架下部分别安装有两组平移油缸，所述平移油缸端部固定有下辊座，两根所述下辊水平安装在所述下辊座内，两根所述上辊和两根下辊均关于所述升降油缸的中心轴形成的平面成平面对称，所述下辊的一端同轴连接有驱动装置，所述驱动装置固定在所述下辊座的外侧，用于驱动下辊做同步旋转运动。

2.如权利要求1所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，其特征在于，所述上辊通过调心轴承与所述上辊座可转动连接，所述上辊的中心轴两端与调心轴承上固定的轴承套可滑动连接。

3.如权利要求2所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，其特征在于，所述底盘上开设有平移槽，所述平移槽内设有滑移块，所述滑移块与所述平移槽滑动连接，所述下辊座可转动地安装于所述滑移块的上方，在远离驱动装置一端的所述滑移块上设有限位滑槽，所述下辊座底部与所述限位滑槽滑动连接。

4.如权利要求1所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，其特征在于，所述下辊之间位于两个机架内分别设有中央油缸，所述中央油缸的两端分别于与两侧的所述下辊座连接，所述两组平移油缸之间并联，所述中央油缸与所述两组平移油缸分别串联。

5.如权利要求4所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，其特征在于，所述升降油缸、平移油缸和中央油缸均与液压系统相连接，所述液压系统与电气数字控制系统相连接。

6.如权利要求5所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，其特征在于，所述上辊座上分别安装有垂直位移传感器，所述下辊座上分别安装有水平位移传感器，所述垂直位移传感器和水平位移传感器均与所述电气数字控制系统相连接。

7.如权利要求5所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，其特征在于，所述中央油缸由两个反向设置的推进油缸组成，所述推进油缸的油路分别与所述平移油缸的油路连通。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备的使用方法，当需要卷制弧板或圆筒体时，操作步骤如下：

S1、将金属板材置于两根上辊与两根下辊之间；

S2、启动电气数字控制系统，控制系统计算并发出动作指令，使升降油缸同步下降带动上辊水平下压金属板材至预先设定的位置；

S3、驱动装置驱动下辊同步反向转动进行卷制，使得金属板材前端直板段滚弯至最小；

S4、电气控制系统运行程序根据预先设定的滚弯的金属板材的板厚、宽度、成形曲率、屈服强度指标，基于弹塑性形变理论自动计算获得上辊和下辊的位移量，并驱动升降油缸再次下压到计算获得的指定位置，驱动平移油缸调整两根下辊的中心距到指定位置；

S5、驱动装置驱动下辊同步正向转动进行卷制，使得钢板边进给边成形，获得等曲率的弧板或圆筒体。

9.如权利要求1-7任一项所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，其特征在于，当需要卷制锥形筒体时，操作步骤如下：

T1、将金属板材置于两根上辊与两根下辊之间；

T2、启动电气数字控制系统，控制系统计算并发出动作指令，驱动两个机架上的平移油缸，使得不同机架内两个下辊座的间距不相等，并分别驱动两个升降油缸下降，且位于两个下辊座间距较大的一侧的升降油缸下降幅度大于另一侧的升降油缸，带动上辊倾斜下压金属板材至预先设定的位置；

T3、驱动装置驱动下辊同步反向转动进行卷制，使得金属板材前端直板段滚弯至最小；

T4、电气控制系统运行程序根据预先设定的滚弯的金属板材的板厚、宽度、成形曲率、屈服强度指标，基于弹塑性形变理论自动计算获得上辊和下辊的位移量，并驱动升降油缸再次下压到计算获得的指定位置，驱动平移油缸调整两侧两个下辊座的间距到指定位置；

T5、驱动装置驱动下辊同步正向转动进行卷制，使得钢板边进给边成形，获得锥形筒体。

10.如权利要求9所述的一种数控四轴一次滚弯等曲率成形装备，其特征在于，在所述步骤T5过程中，通过位移传感器监测到位移量实时计算金属板材的成形曲率，与预先设定的成型曲率进行对比，并实时控制升降油缸和平移油缸进退进行曲率修正。

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